plc的化工反应釜自动投料控制系统设计(附件)【字数：11744】
摘 要进料环节是一项非常重要的环节，在化工、炼铁、医药、炼油、建材等行业中，它起到了非常重要的作用，进料环节的工序和工作效率直接影响产品的生产质量与经济成本。随着工业生产的发展，工业自动化水平日益提高。我们可以使用机器代替人力，使工人远离危险的工作环境。使用可编程序控制器PLC是一种理想的控制方法，PLC具有高可靠性，可以编程，满足不同的工业生产环境，抗干扰能力强。对提高工业企业的生产效率、提升自动化管理水平有举足轻重的帮助，并且减少了产品在人力生产过程中出现的产品质量的波动。反应釜是工业生产过程中常用的设备容器，它具有良好的密封性，是易燃易爆、剧毒等物质的化学反应中最理想的无泄漏反应装置。将PLC运用到化工反应釜生产投料的过程中，是本设计主要的研究内容。本文以PLC控制为核心，采用西门子S7-300系列PLC，上位机控制系统采用西门子WinCC进行画面设计和参数显示，从PLC到现场生产设备的通讯采用MPI协议，以此来实现化工反应釜的自动化投料控制。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2反应釜 1
1.2.1反应釜简介 1
1.2.2连续搅拌反应釜的结构 2
1.3投料控制系统 3
1.4本文主要内容 3
第二章 控制总体设计 5
2.1投料系统功能设计 5
2.2自动投料系统基本原理 5
2.3自动投料控制系统组成 6
2.3.1压力采集单元及重量采集单元 6
2.3.2 I/O模块 6
2.3.3 PLC单元与网络通讯单元 7
2.3.4人机界面（HMI） 8
第三章 系统硬件设计 10
3.1 PLC的选择 10
3.1.1 PLC的主要特点 10
3.1.2 PLC的工作过程 10
3.2其他器件的选择 12
3.3下位机程序设计 12
第四章 WinCC监控系统设计 18
4.1 WinCC 组态软件介绍 18
4.2 WinCC与S7300之间通讯的实现 18
4.3组态W *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
inCC编程 19
4.3.1 PLC通信 19
4.3.2 WinCC与S7300通讯 20
4.4触摸屏界面设计 26
4.5结果分析 28
第五章 总结 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1选题背景
石油化工、炼铁炼钢等产业是我国经济发展的支柱型产业，在这些工业生产过程中，反应釜是实现化工生产的关键性设备。改善自动控制方法是提高工业自动化水平的有效方式之一，具有非常重要的意义。投料控制是其自动控制系统的一部分，将反应釜的生产实施自动化，可以有效的控制生产，提高生产效率和质量精度。
上世纪四十年代之前，反应釜工业生产才刚刚起步，在这个阶段，化工企业使用传统的压力表、温度计等仪表类设备，由仪表指示反应物的情况，再通过人力为的进料等操作来改变反应釜内部化学反应的发生条件，这种方式的生产过程完全依赖以往的经验，这样施工不仅操作难度大，控制精度低，而且万一发生操作上的失误，将会发生危险的安全事故。经过多年的经验技术累积，以及其他相关产业的发展，如工业计算机产业。使得以往的工业生产过程中的监控方式逐渐被新兴技术所取代，越来越多的人把目光转移到研究自动控制装备上。
伴随着自动控制设备的研究，工业控制技术的发展速度越来越快，新型工业控制方法、技术使得现代工业的生产效率大幅度的提高，而工业控制器中使用的PLC、PC等应用的自动化程度也大大提高。目前我国工业自动化控制技术、产业已经取得了长足的进步，工业PC系统在我国已经形成。工业自动化控制技术逐步迈向集成化、网络化、智能化。
通过将工业生产中使用的PLC和工业PC相结合，来完成自动控制投料的设计，是本课题的研究方向，以此来降低工人在危险恶劣环境下可能受到的身体伤害。本文对化工企业中常见的连续搅拌反应釜投料系统进行设计。使用西门子S7300系列PLC进行控制，将西门子WinCC融入该系统，通过在触摸屏上的操作实现对反应釜投料的控制。
1.2反应釜
1.2.1反应釜简介
在化工、石油、医药、农药、食品和科研单位中，反应釜是一种理想的反应容器，它能进行硫化、聚合、缩合、硝化、氢化等化学反应，常见的反应釜有聚合釜、反应器、反应锅。反应釜的材质也不一样，有不锈钢、镍基合金碳锰钢以及其他复合材料。
进行物理反应或者化学反应的生产容器即为我们通常所说的反应釜。反应釜的结构形态并不固定，参数配置也不尽相同，反应过程中对压力的要求也不一样，只要遵循相关产业的技术标准，即可实现不同生产加工的方式。常见的生产加工方式有加热、冷却等。反应釜的生产标准十分重要，若不按生产标准操作，将会出现不可估量的后果。
反应釜根据实际反应条件进行设计，结构、功能等都需依照实际操作进行改良。生产过程中的进料出料都可以使用自动化的操作方式，也需要对反应过程参数的变化进行调控。
反应釜材质有很多种，例如不锈钢、镍基合金、碳锰钢、锆等其他复合材料。搅拌器有多种形式，常见的例如锚式、框式、桨式、涡轮式，转动装置可以用变频调速、无极变速减速机、摆线针轮减速机等装置。密封方式根据使用者的要求进行密封，例如机械密封、填料密封、磁力密封。加热冷却使用半管、盘管、夹套等结构，常见的加热方式有蒸汽加热、电加热、导热油等。跟据使用者的实际操作需求、工艺需要进行针对性的结构设计，以此满足不同生产环境的工艺需要。
1.2.2连续搅拌反应釜的结构
本文主要对连续搅拌反应釜进行针对性设计。
连续搅拌反应釜是一种化工企业中最为常见的一种反应釜，由搅拌容器和搅拌机组成。搅拌容器包括筒体、换热原件及内构件等，搅拌机包括搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等。
筒体即为一个钢制的容器，通过往罐内输送物料，使物料在内部可进行化学或物理反应。换热元件可以维持反应釜内部的反应温度，其中夹套是最为常见的换热元件，通过包围在筒体的外侧的方式让它与筒体外壁形成一个密闭的空间，加热冷却此空间内的介质实现对夹套内壁的传热，电磁阀控制介质流量。顾名思义，搅拌器是搅拌反应釜的核心功能部分，它保障了化学反应的顺利进行，通过搅拌器的转动，使物料处于流动状态，充分提供生产过程中的能量。由于某些高危行业中可能产生剧毒或者自燃易爆等危险气体和物料，所以对反应釜进行密封是必不可少的环节之一。常见传动装置有电动机、连轴器等，电机驱动搅拌轴带动搅拌器运动，对物料的循环运动起到了关键作用。加料口和出料口分别在罐顶和罐底，分别进行进料和出料操作。连续搅拌反应釜应对内部实时温度进行有效控制，所以温度计或温度传感器必不可少，先将钢制的套管安装在罐内，再将传感装置安放在管套内。其他的附件装置可根据现场情况的需要，再连接其他有效并符合生产标准的生产装置。常见的反应釜结构如图11所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2反应釜 1
1.2.1反应釜简介 1
1.2.2连续搅拌反应釜的结构 2
1.3投料控制系统 3
1.4本文主要内容 3
第二章 控制总体设计 5
2.1投料系统功能设计 5
2.2自动投料系统基本原理 5
2.3自动投料控制系统组成 6
2.3.1压力采集单元及重量采集单元 6
2.3.2 I/O模块 6
2.3.3 PLC单元与网络通讯单元 7
2.3.4人机界面（HMI） 8
第三章 系统硬件设计 10
3.1 PLC的选择 10
3.1.1 PLC的主要特点 10
3.1.2 PLC的工作过程 10
3.2其他器件的选择 12
3.3下位机程序设计 12
第四章 WinCC监控系统设计 18
4.1 WinCC 组态软件介绍 18
4.2 WinCC与S7300之间通讯的实现 18
4.3组态W *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
inCC编程 19
4.3.1 PLC通信 19
4.3.2 WinCC与S7300通讯 20
4.4触摸屏界面设计 26
4.5结果分析 28
第五章 总结 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1选题背景
石油化工、炼铁炼钢等产业是我国经济发展的支柱型产业，在这些工业生产过程中，反应釜是实现化工生产的关键性设备。改善自动控制方法是提高工业自动化水平的有效方式之一，具有非常重要的意义。投料控制是其自动控制系统的一部分，将反应釜的生产实施自动化，可以有效的控制生产，提高生产效率和质量精度。
上世纪四十年代之前，反应釜工业生产才刚刚起步，在这个阶段，化工企业使用传统的压力表、温度计等仪表类设备，由仪表指示反应物的情况，再通过人力为的进料等操作来改变反应釜内部化学反应的发生条件，这种方式的生产过程完全依赖以往的经验，这样施工不仅操作难度大，控制精度低，而且万一发生操作上的失误，将会发生危险的安全事故。经过多年的经验技术累积，以及其他相关产业的发展，如工业计算机产业。使得以往的工业生产过程中的监控方式逐渐被新兴技术所取代，越来越多的人把目光转移到研究自动控制装备上。
伴随着自动控制设备的研究，工业控制技术的发展速度越来越快，新型工业控制方法、技术使得现代工业的生产效率大幅度的提高，而工业控制器中使用的PLC、PC等应用的自动化程度也大大提高。目前我国工业自动化控制技术、产业已经取得了长足的进步，工业PC系统在我国已经形成。工业自动化控制技术逐步迈向集成化、网络化、智能化。
通过将工业生产中使用的PLC和工业PC相结合，来完成自动控制投料的设计，是本课题的研究方向，以此来降低工人在危险恶劣环境下可能受到的身体伤害。本文对化工企业中常见的连续搅拌反应釜投料系统进行设计。使用西门子S7300系列PLC进行控制，将西门子WinCC融入该系统，通过在触摸屏上的操作实现对反应釜投料的控制。
1.2反应釜
1.2.1反应釜简介
在化工、石油、医药、农药、食品和科研单位中，反应釜是一种理想的反应容器，它能进行硫化、聚合、缩合、硝化、氢化等化学反应，常见的反应釜有聚合釜、反应器、反应锅。反应釜的材质也不一样，有不锈钢、镍基合金碳锰钢以及其他复合材料。
进行物理反应或者化学反应的生产容器即为我们通常所说的反应釜。反应釜的结构形态并不固定，参数配置也不尽相同，反应过程中对压力的要求也不一样，只要遵循相关产业的技术标准，即可实现不同生产加工的方式。常见的生产加工方式有加热、冷却等。反应釜的生产标准十分重要，若不按生产标准操作，将会出现不可估量的后果。
反应釜根据实际反应条件进行设计，结构、功能等都需依照实际操作进行改良。生产过程中的进料出料都可以使用自动化的操作方式，也需要对反应过程参数的变化进行调控。
反应釜材质有很多种，例如不锈钢、镍基合金、碳锰钢、锆等其他复合材料。搅拌器有多种形式，常见的例如锚式、框式、桨式、涡轮式，转动装置可以用变频调速、无极变速减速机、摆线针轮减速机等装置。密封方式根据使用者的要求进行密封，例如机械密封、填料密封、磁力密封。加热冷却使用半管、盘管、夹套等结构，常见的加热方式有蒸汽加热、电加热、导热油等。跟据使用者的实际操作需求、工艺需要进行针对性的结构设计，以此满足不同生产环境的工艺需要。
1.2.2连续搅拌反应釜的结构
本文主要对连续搅拌反应釜进行针对性设计。
连续搅拌反应釜是一种化工企业中最为常见的一种反应釜，由搅拌容器和搅拌机组成。搅拌容器包括筒体、换热原件及内构件等，搅拌机包括搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等。
筒体即为一个钢制的容器，通过往罐内输送物料，使物料在内部可进行化学或物理反应。换热元件可以维持反应釜内部的反应温度，其中夹套是最为常见的换热元件，通过包围在筒体的外侧的方式让它与筒体外壁形成一个密闭的空间，加热冷却此空间内的介质实现对夹套内壁的传热，电磁阀控制介质流量。顾名思义，搅拌器是搅拌反应釜的核心功能部分，它保障了化学反应的顺利进行，通过搅拌器的转动，使物料处于流动状态，充分提供生产过程中的能量。由于某些高危行业中可能产生剧毒或者自燃易爆等危险气体和物料，所以对反应釜进行密封是必不可少的环节之一。常见传动装置有电动机、连轴器等，电机驱动搅拌轴带动搅拌器运动，对物料的循环运动起到了关键作用。加料口和出料口分别在罐顶和罐底，分别进行进料和出料操作。连续搅拌反应釜应对内部实时温度进行有效控制，所以温度计或温度传感器必不可少，先将钢制的套管安装在罐内，再将传感装置安放在管套内。其他的附件装置可根据现场情况的需要，再连接其他有效并符合生产标准的生产装置。常见的反应釜结构如图11所示。
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